JPH06188017A - Phosphoric acid type fuel battery power generation plant - Google Patents

Phosphoric acid type fuel battery power generation plant

Info

Publication number
JPH06188017A
JPH06188017A JP43A JP33464892A JPH06188017A JP H06188017 A JPH06188017 A JP H06188017A JP 43 A JP43 A JP 43A JP 33464892 A JP33464892 A JP 33464892A JP H06188017 A JPH06188017 A JP H06188017A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
line
cathode
anode
phosphoric acid
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP43A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsunori Sakai
勝則 酒井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP43A priority Critical patent/JPH06188017A/en
Publication of JPH06188017A publication Critical patent/JPH06188017A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

PURPOSE:To provide a fuel battery power generation plant for minimizing the volume change in phosphoric acid in a fuel battery main body during starting as well as stopping operation. CONSTITUTION:A fuel and an oxidant are respectively guided to the anode electrode 2 and the cathode electrode 3 of a fuel battery main body 1. An anode recycling line 33 and a cathode recycling line 34 are respectively formed on the anode electrode 2 and the cathode electrode 3. An inert gas feeding line 20 and a steam feeding line 40 are connected to the anode recycling line 33 and the cathode recycling line 34 respectively. Detection means 24, 26 for measuring temperature and stream partial pressure are provided on the anode electrode 2 or the cathode electrode 3, respectively. Gas feeding adjustment valves 21, 23 or stream feeding adjustment valves 41, 43 for controlling the steam partial pressure of the anode electrode 2 or the cathode electrode 3, respectively, to a predetermined value based on the results of the measurements by means of the abovementioned detectors, are provided on the inert gas feeding line 20 and the steam feeding line 40.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、リン酸型燃料電池発電
プラントに関するもので、特に、起動・停止操作中にお
ける燃料電池本体内のリン酸体積変化を制御することが
できるリン酸型燃料電池発電プラントに係る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a phosphoric acid fuel cell power plant, and more particularly to a phosphoric acid fuel cell capable of controlling a change in phosphoric acid volume in a fuel cell body during start-up / shutdown operations. Related to power plants.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、石炭や石油などのような燃料
が持っている化学エネルギーを等温のもとで、連続的に
直接電気エネルギーに変換する装置として、燃料電池が
知られている。この燃料電池は、通常、一対の多孔質電
極で電解質を保有するマトリックスを挟んで、一方の電
極の背面に水素などの燃料ガスを接触させて、他方の電
極の背面に空気などの酸化剤を接触させて、このとき起
きる電気化学反応により生じる電気エネルギーを上記電
極間から取り出すものである。この場合、燃料ガスとし
て水素または天然ガスを改質して得られる改質ガスが用
いられ、酸化剤として空気または酸素が用いられる。ま
た、電解質としては、溶融炭酸塩、アルカリ溶液、酸性
溶液、固体高分子、固体酸化物などが用いられるが、最
近ではリン酸を電解質としたリン酸型燃料電池が注目さ
れている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a fuel cell has been known as a device for directly and directly converting chemical energy of fuel such as coal or petroleum into electric energy under isothermal conditions. In this fuel cell, usually, a pair of porous electrodes sandwiches a matrix containing an electrolyte, a fuel gas such as hydrogen is brought into contact with the back surface of one electrode, and an oxidant such as air is placed on the back surface of the other electrode. When they are brought into contact with each other, electric energy generated by the electrochemical reaction that occurs at this time is taken out from between the electrodes. In this case, hydrogen or a reformed gas obtained by reforming natural gas is used as the fuel gas, and air or oxygen is used as the oxidant. As the electrolyte, a molten carbonate, an alkaline solution, an acidic solution, a solid polymer, a solid oxide, or the like is used. Recently, a phosphoric acid fuel cell using phosphoric acid as an electrolyte has been attracting attention.

【0003】図2は、従来のリン酸型燃料電池発電プラ
ントの概略構成を示したものである。同図において、燃
料電池本体1の単位電池は、背面に水素などの燃料を接
触させたアノード電極2と、背面に酸素などの酸化剤を
接触させたカソード電極3とを、電解質を含浸したマト
リックスを挟んで両側に配置して構成されている。この
単位電池がガス分離板を介して交互に複数個積層され
て、燃料電池本体1が構成されている。
FIG. 2 shows a schematic structure of a conventional phosphoric acid fuel cell power plant. In the figure, the unit cell of the fuel cell body 1 is a matrix in which an anode electrode 2 having a back surface in contact with a fuel such as hydrogen and a cathode electrode 3 having a back surface in contact with an oxidant such as oxygen are impregnated with an electrolyte. It is configured by arranging it on both sides with sandwiching. A plurality of the unit cells are alternately stacked via the gas separation plate to form the fuel cell body 1.

【0004】改質装置6において天然ガス4と水蒸気5
との混合ガスが水蒸気改質反応により水素リッチガスと
されて、この水素リッチガスがアノード電極2に供給さ
れ、カソード電極3には圧縮空気7が供給される。アノ
ード電極2に供給された水素リッチガスは、カソード電
極3に供給された圧縮空気7と電気化学的に反応して空
気、水及び熱となる。
Natural gas 4 and steam 5 in the reformer 6
The mixed gas of and is converted into a hydrogen-rich gas by a steam reforming reaction, the hydrogen-rich gas is supplied to the anode electrode 2, and the compressed air 7 is supplied to the cathode electrode 3. The hydrogen-rich gas supplied to the anode electrode 2 electrochemically reacts with the compressed air 7 supplied to the cathode electrode 3 to become air, water and heat.

【0005】アノード電極2を出たガスは、アノード出
口リン酸吸着器8、アノード出口凝縮器9及び改質器バ
ーナー10を介して、大気11に放出される。カソード
電極3を出たガスは、カソード出口リン酸吸着器12、
カソード出口凝縮器13及び改質器バーナー10を介し
て、大気に放出される。アノード電極2及びカソード電
極3内のガスは、アノードリサイクルライン33及びカ
ソードリサイクルライン34に設けられたアノードリサ
イクルブロア14及びカソードリサイクルブロア15に
より、それぞれ各電極の出口ラインから入口ラインに循
環され、再利用される。なお、16,17及び18は、
それぞれアノード燃料供給弁、カソード空気供給弁及び
大気遮断弁である。
The gas discharged from the anode electrode 2 is discharged to the atmosphere 11 through the anode outlet phosphoric acid adsorber 8, the anode outlet condenser 9 and the reformer burner 10. The gas discharged from the cathode electrode 3 is fed to the cathode outlet phosphoric acid adsorber 12,
It is discharged to the atmosphere via the cathode outlet condenser 13 and the reformer burner 10. The gas in the anode electrode 2 and the cathode electrode 3 is circulated from the outlet line of each electrode to the inlet line by the anode recycle blower 14 and the cathode recycle blower 15 provided in the anode recycle line 33 and the cathode recycle line 34, respectively, and Used. In addition, 16, 17, and 18 are
These are an anode fuel supply valve, a cathode air supply valve and an atmosphere shutoff valve, respectively.

【0006】また、リン酸型燃料電池は、運転時に20
0℃程度の高温状態となり、停止時は50℃の保温状態
に管理されるため、図2には示していないが燃料電池本
体1内の単位電池複数毎に介在されている冷却板に所定
温度の冷却水が供給されている。従って、起動及び停止
操作中にはこの冷却水の温度を昇温及び降温させること
で、燃料電池本体1の温度制御が実施されている。
Further, the phosphoric acid type fuel cell is operated at 20
Since the temperature becomes a high temperature of about 0 ° C. and the temperature is kept at 50 ° C. at the time of stop, it is not shown in FIG. Cooling water is being supplied. Therefore, the temperature of the fuel cell main body 1 is controlled by raising and lowering the temperature of the cooling water during the start and stop operations.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところで、アノード電
極2及びカソード電極3、更には両者に挟まれたマトリ
ックスは多孔質体であり、この中に多量のリン酸が蓄え
られている。このリン酸は、電解質としての機能や、燃
料と酸化剤の直接接触・混合することを防止するための
シール機能に当てられているが、温度及びその濃度(温
度と水蒸気分圧により平衡に達する)により体積が変化
する性質を有する。従って、燃料電池発電プラントの起
動停止操作に伴う燃料電池本体1の温度変化により、リ
ン酸体積も変化する現象が生じる。
By the way, the anode electrode 2 and the cathode electrode 3, and further, the matrix sandwiched between them is a porous body, in which a large amount of phosphoric acid is stored. This phosphoric acid has a function as an electrolyte and a sealing function to prevent direct contact and mixing of fuel and oxidant, but it reaches equilibrium depending on temperature and its concentration (temperature and water vapor partial pressure). ) Has the property of changing the volume. Therefore, there occurs a phenomenon that the phosphoric acid volume also changes due to the temperature change of the fuel cell main body 1 accompanying the start / stop operation of the fuel cell power plant.

【0008】このようにリン酸の体積が変化すると、多
孔質体であるアノード電極2、カソード電極3及びマト
リックスに充填してあるリン酸が、電極周囲へ溢流し、
この結果、前記シールド機能の不良や電解質減少に伴う
イオンにより伝導性の低下が生じ、これにより電池寿命
の短命化に至る。また、単位電池外へリン酸が漏洩した
場合、燃料電池本体1の積層面を垂れ落ち、前記燃料電
池本体1とアノード電極及びカソード電極のガス供給排
出ライン間で液絡状態が生じ、この結果、絶縁不良に至
ることで大きなトラブルを起こす危険性がある。
When the volume of phosphoric acid changes in this way, the phosphoric acid filled in the porous anode electrode 2, cathode electrode 3 and matrix overflows around the electrodes,
As a result, the conductivity is lowered due to the ions due to the defective shield function and the decrease in the electrolyte, thereby shortening the battery life. Also, when phosphoric acid leaks out of the unit cell, it drips down the laminated surface of the fuel cell body 1 and a liquid junction occurs between the fuel cell body 1 and the gas supply and discharge lines of the anode electrode and the cathode electrode. , There is a risk of causing serious trouble due to poor insulation.

【0009】更には、アノード電極2及びカソード電極
3は、多孔質体からなるガス拡散電極であり、マトリッ
クスと接する面には触媒層が形成してある。この場合、
燃料及び酸化剤ガスは、上記多孔質体の細孔部を拡散し
触媒層まで移動するので、一般には、アノード電極2及
びカソード電極3の多孔質部にガス拡散を妨げない程度
にリン酸が充填されるように設計してある。しかし、燃
料電池発電プラントの起動停止操作に伴う燃料電池本体
1の温度変化により、リン酸体積変化に起因したリン酸
の移動が生じ、前述の触媒層を含めた多孔質体の細孔部
に所定値以上のリン酸が滞留してしまう現象(フラッデ
ィング現象)が発生する。この結果、起動停止操作に伴
い、燃料及び酸化剤のガス拡散不良に伴う電池特性の低
下が発生し、電池寿命の短命化が生じる問題があった。
Further, the anode electrode 2 and the cathode electrode 3 are gas diffusion electrodes made of a porous material, and a catalyst layer is formed on the surface in contact with the matrix. in this case,
Since the fuel and the oxidant gas diffuse into the pores of the porous body and move to the catalyst layer, in general, phosphoric acid is contained in the porous portions of the anode electrode 2 and the cathode electrode 3 to the extent that gas diffusion is not hindered. It is designed to be filled. However, due to the temperature change of the fuel cell main body 1 accompanying the start / stop operation of the fuel cell power plant, the phosphoric acid moves due to the phosphoric acid volume change, and the pores of the porous body including the catalyst layer described above are generated. A phenomenon (flooding phenomenon) in which phosphoric acid of a predetermined value or more stays occurs. As a result, there is a problem that the battery characteristics are deteriorated due to the poor gas diffusion of the fuel and the oxidant with the start / stop operation, and the life of the battery is shortened.

【0010】本発明は、上記のような従来技術の問題点
を解決するために提案されたもので、その目的は、起動
及び停止操作中における燃料電池本体のリン酸体積変化
を最小限に抑えることができる燃料電池発電プラントを
提供することにある。
The present invention has been proposed in order to solve the above-mentioned problems of the prior art, and its object is to minimize changes in the phosphoric acid volume of the fuel cell body during start-up and stop operations. It is to provide a fuel cell power generation plant capable of performing the above.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項1のリン酸型燃料電池発電プラントは、燃
料及び酸化剤をそれぞれアノード電極及びカソード電極
に導き、前記アノード電極の出口ライン及びカソード電
極の出口ラインから、それぞれ前記アノード電極の入口
ライン及び前記カソード電極の入口ラインに循環するア
ノードリサイクルライン及びカソードリサイクルライン
を有する燃料電池発電プラントにおいて、前記アノード
リサイクルライン及びカソードリサイクルラインの少な
くとも一方には不活性ガス供給ラインが接続され、この
不活性ガス供給ラインが接続されているリサイクルライ
ンを有するアノード電極またはカソード電極には、その
温度と水蒸気分圧を測定する検出器が設けられ、前記不
活性ガス供給ラインには、前記検出器の測定結果に基づ
いて、アノード電極またはカソード電極の水蒸気分圧を
所定値に制御するガス供給調節弁が設けられていること
を特徴とする。
In order to achieve the above object, the phosphoric acid fuel cell power plant according to claim 1 introduces a fuel and an oxidant to an anode electrode and a cathode electrode, respectively, and an outlet of the anode electrode. In the fuel cell power plant having an anode recycle line and a cathode recycle line that circulate from the line and the outlet line of the cathode electrode to the inlet line of the anode electrode and the inlet line of the cathode electrode, respectively, in the anode recycle line and the cathode recycle line, An inert gas supply line is connected to at least one side, and an anode electrode or a cathode electrode having a recycling line connected to the inert gas supply line is provided with a detector for measuring the temperature and the partial pressure of water vapor. , The inert gas supply line The, based on the measurement result of the detector, characterized in that the gas supply regulation valve for controlling the water vapor partial pressure of the anode electrode or the cathode electrode to a predetermined value is provided.

【0012】請求項2のリン酸型燃料電池発電プラント
は、燃料及び酸化剤をそれぞれアノード電極及びカソー
ド電極に導き、前記アノード電極の出口ライン及び前記
カソード電極の入口ラインに循環するアノードリサイク
ルライン及びカソードリサイクルラインを有する燃料電
池発電プラントにおいて、前記アノードリサイクルライ
ン及びカソードリサイクルラインの少なくとも一方に水
蒸気供給ラインが接続され、この水蒸気供給ラインが接
続されているリサイクルラインを有するアノード電極ま
たはカソード電極には、その温度と水蒸気分圧を測定す
る検出器が設けられ、前記水蒸気供給ラインには、前記
検出器の測定結果に基づいて水蒸気分圧を所定値に制御
する水蒸気供給調節弁が設けられていることを特徴とす
る。
According to another aspect of the phosphoric acid fuel cell power generation plant of the present invention, a fuel and an oxidant are introduced to an anode electrode and a cathode electrode, respectively, and an anode recycle line is circulated to an outlet line of the anode electrode and an inlet line of the cathode electrode. In a fuel cell power plant having a cathode recycle line, a steam supply line is connected to at least one of the anode recycle line and the cathode recycle line, and the anode electrode or the cathode electrode having a recycle line connected to the steam recycle line is A detector for measuring the temperature and the steam partial pressure is provided, and the steam supply line is provided with a steam supply control valve for controlling the steam partial pressure to a predetermined value based on the measurement result of the detector. It is characterized by

【0013】[0013]

【作用】上記のような構成を有する本発明のリン酸型燃
料電池発電プラントにおいては、その起動停止操作中
に、アノードリサイクルライン及びカソードリサイクル
ラインの少なくとも一方において、リサイクルブロワー
運転による循環運転を実施する。この時、アノード電極
またはカソード電極の少なくとも一方については、温度
及び水蒸気分圧をその検出手段によって検出し、この検
出手段の指令により、アノード電極またはカソード電極
の水蒸気分圧を所定値に制御するように不活性ガス供給
ラインに設けた不活性ガス供給調節弁または水蒸気供給
ラインに設けた水蒸気供給調節弁を制御する。この結
果、燃料電池本体中のリン酸体積を、起動停止操作中に
おいても所定の値に制御することができる。
In the phosphoric acid fuel cell power plant of the present invention having the above-mentioned structure, the circulation operation by the recycle blower operation is carried out in at least one of the anode recycle line and the cathode recycle line during the start / stop operation. To do. At this time, for at least one of the anode electrode and the cathode electrode, the temperature and the water vapor partial pressure are detected by the detection means, and the water vapor partial pressure of the anode electrode or the cathode electrode is controlled to a predetermined value by the command of the detection means. In addition, an inert gas supply control valve provided in the inert gas supply line or a steam supply control valve provided in the steam supply line is controlled. As a result, the phosphoric acid volume in the fuel cell body can be controlled to a predetermined value even during the start / stop operation.

【0014】[0014]

【実施例】【Example】

(1)代表的な実施例の構成 以下、本発明の一実施例を図1により具体的に説明す
る。なお、前記図2と同一部分には同一符号を付し、説
明は省略する。
(1) Configuration of Representative Embodiment One embodiment of the present invention will be specifically described below with reference to FIG. The same parts as those in FIG. 2 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

【0015】本実施例において、20はアノード電極2
の入口側のアノードリサイクルラインの内側に接続され
るアノード不活性ガス供給ライン(例えばN2 ガス供給
ライン)で、ここにはアノード不活性ガス供給調節弁2
1が配置されている。22はカソード電極3の入口側の
カソードリサイクルラインの内側に接続されるカソード
不活性ガス供給ライン(例えばN2 ガス供給ライン)
で、ここにはカソード不活性ガス供給調節弁23が配置
されている。
In this embodiment, 20 is the anode electrode 2.
An anode inert gas supply line (for example, N 2 gas supply line) connected to the inside of the anode recycling line on the inlet side of the anode inert gas supply control valve 2
1 is arranged. 22 is a cathode inert gas supply line (for example, N 2 gas supply line) connected to the inside of the cathode recycling line on the inlet side of the cathode electrode 3.
The cathode inert gas supply control valve 23 is arranged here.

【0016】40はアノード電極2の入口側のアノード
リサイクルラインの内側に接続されるアノード水蒸気供
給ラインで、ここにはアノード水蒸気供給調節弁41が
配置されている。42はカソード電極3の入口側のカソ
ードリサイクルラインの内側に接続されるカソード水蒸
気供給ラインで、ここにはカソード水蒸気供給調節弁4
3が配置されている。
Reference numeral 40 is an anode steam supply line connected to the inside of the anode recycling line on the inlet side of the anode electrode 2, and an anode steam supply control valve 41 is arranged therein. Reference numeral 42 denotes a cathode steam supply line connected to the inside of the cathode recycle line on the inlet side of the cathode electrode 3, where the cathode steam supply control valve 4 is provided.
3 are arranged.

【0017】アノード電極2には、その温度と水蒸気分
圧を測定する検出手段24が設けられている。この温度
と水蒸気分圧を測定する検出手段24の出力端は、その
検出温度及び水蒸気分圧に応じて、前記アノード不活性
ガス供給調節弁21及びアノード水蒸気供給調節弁41
の弁開度を制御する演算制御装置25に接続されてい
る。カソード電極3にも、その温度と水蒸気分圧を測定
する検出手段26が設けられ、この温度と水蒸気分圧を
測定する検出手段26の出力端は、その検出温度及び水
蒸気分圧に応じて、前記カソード不活性ガス供給調節弁
23及びカソード水蒸気供給調節弁43の弁開度を制御
する演算制御装置25に接続されている。
The anode electrode 2 is provided with a detecting means 24 for measuring its temperature and water vapor partial pressure. The output end of the detection means 24 for measuring the temperature and the steam partial pressure is connected to the anode inert gas supply control valve 21 and the anode steam supply control valve 41 according to the detected temperature and the steam partial pressure.
It is connected to the arithmetic and control unit 25 which controls the valve opening degree. The cathode electrode 3 is also provided with a detection means 26 for measuring the temperature and the water vapor partial pressure, and the output end of the detection means 26 for measuring the temperature and the water vapor partial pressure, according to the detected temperature and the water vapor partial pressure, It is connected to an arithmetic and control unit 25 which controls the valve openings of the cathode inert gas supply control valve 23 and the cathode steam supply control valve 43.

【0018】(2)代表的な実施例の作用 上記のような構成を有する本発明のリン酸型燃料電池発
電プラントにおいては、起動停止操作時の燃料電池本体
1の昇温降温操作中に、アノードリサイクルブロアー1
4及びカソードリサイクルブロアー15を駆動させる。
この時アノードリサイクルライン33及びカソードリサ
イクルライン34は窒素ガスの保圧状態であるので、燃
料電池本体1に積層された単位電池のアノード電極2及
びカソード電極3に均一に窒素ガスが供給され、攪拌循
環運転が実施される。同時に、アノード電極2及びカソ
ード電極3の温度及び水蒸気分圧は、それぞれ検出手段
24,26により検出され、その出力は演算制御装置2
5に送信される。
(2) Operation of Representative Embodiment In the phosphoric acid fuel cell power generation plant of the present invention having the above-mentioned structure, during the temperature raising / lowering operation of the fuel cell body 1 at the time of start / stop operation, Anode recycling blower 1
4 and the cathode recycle blower 15 are driven.
At this time, since the anode recycle line 33 and the cathode recycle line 34 are in a pressure-holding state of nitrogen gas, the nitrogen gas is uniformly supplied to the anode electrodes 2 and the cathode electrodes 3 of the unit cells stacked on the fuel cell body 1, and the stirring is performed. Circulation operation is carried out. At the same time, the temperatures and the water vapor partial pressures of the anode electrode 2 and the cathode electrode 3 are detected by the detection means 24 and 26, respectively, and the outputs thereof are the arithmetic and control unit 2.
5 is sent.

【0019】ところで、リン酸の比重は下記(1)式で
示すように、温度とリン酸濃度で決定される。(参考文
献…Farr,TVA Cham.Eng.Repor
tNo.8,P−44 1950年発行)
By the way, the specific gravity of phosphoric acid is determined by temperature and phosphoric acid concentration, as shown in the following equation (1). (References: Farr, TVA Chem. Eng. Report.
tNo. 8, P-44 1950 issued)

【数1】p=f(T,W) …(1) ここで、p:リン酸比重(g/cm3) T:リン酸温度(℃) W:リン酸濃度(重量比) (−) 更に、リン酸濃度Wは、下記(2)式で示すようにリン
酸温度と水蒸気分圧で決定される。(参考文献…“Va
por Pressure of Phosphori
c Acids.” 著者:EARL.H.BROWN
等)
## EQU1 ## p = f (T, W) (1) where p: specific gravity of phosphoric acid (g / cm3) T: phosphoric acid temperature (° C.) W: phosphoric acid concentration (weight ratio) (-) The phosphoric acid concentration W is determined by the phosphoric acid temperature and the water vapor partial pressure as shown in the following formula (2). (Reference: "Va
por Pressure of Phosphori
c Acids. "Author: EARL.H.BROWN
etc)

【数2】W=f(T,PH2O )…(2) ここで、PH2O :水蒸気分圧(mmHg) 一方、先に述べたように、発電試験中のリン酸体積が、
起動停止操作に伴い変化することで、単位電池外へのリ
ン酸の漏洩及びガス拡散電極のフラッディング現象等の
問題が発生するわけであることから、起動停止操作中に
おいても発電試験中のリン酸体積を維持することが望ま
しい。
## EQU2 ## W = f (T, P H2O ) ... (2) where P H2O : steam partial pressure (mmHg) On the other hand, as described above, the phosphoric acid volume during the power generation test is
Since it changes with the start / stop operation, problems such as leakage of phosphoric acid to the outside of the unit cell and flooding phenomenon of the gas diffusion electrode may occur. Maintaining volume is desirable.

【0020】以上のことから、最適な起動停止操作中の
リン酸体積は下記式により決定される。
From the above, the optimum phosphoric acid volume during the start-stop operation is determined by the following formula.

【0021】[0021]

【数3】 起動停止操作中リン酸体積/発電運転中リン酸体積=
{1/(PON/OFF*WON/OFF)}/{1/(POPER*W
OPER)}…(3) ここで、 PON/OFF:起動停止操作条件におけるリン酸比重 WON/OFF:起動停止操作条件におけるリン酸濃度(重量
比) POPER :発電運転中リン酸比重 WOPER :発電運転中リン酸濃度(重量比) (3)式において発電運転中リン酸体積1/(POPER
OPER)は、燃料電池発電プラントの発電条件(発電温
度T、アノード電極及びカソード電極の供給ガス流量及
びガス中温度、電池電流)により、(1)及び(2)式
を用いて算出される。
## EQU00003 ## Phosphoric acid volume during start / stop operation / phosphoric acid volume during power generation operation =
{1 / (P ON / OFF * W ON / OFF )} / {1 / (P OPER * W
OPER )} (3) where P ON / OFF : Specific gravity of phosphoric acid under start / stop operating conditions W ON / OFF : Concentration of phosphoric acid under start / stop operating conditions (weight ratio) P OPER : Specific gravity of phosphoric acid during power generation operation W OPER : Phosphoric acid concentration during power generation (weight ratio) In formula (3), phosphoric acid volume during power generation 1 / (P OPER *
W OPER ) is calculated by using the formulas (1) and (2) according to the power generation conditions of the fuel cell power generation plant (power generation temperature T, supply gas flow rate and gas temperature of anode electrode and cathode electrode, cell current). .

【0022】ここで、演算制御装置25では、検出した
アノード電極及びカソード電極の温度Tにおいて(3)
式が成立する最適水蒸気分圧PH2O (optimum )を
(1)及び(2)式から算出する。更に、演算制御装置
と25は、検出したアノード電極及びカソード電極の水
蒸気分圧PH2O と前記最適水蒸気分圧PH2O (optimum
)の偏差を無くすべくアノード不活性ガス供給調節弁
21、アノード水蒸気供給調節弁41及びカソード不活
性ガス供給調節弁23、カソード水蒸気供給調節弁43
に指令を与える。以上の操作は、燃料電池発電プラント
の起動停止操作中だけではなく、燃料電池発電プラント
の停止中で、燃料電池本体1の保温状態(約50℃)に
おいても、同様に実施される。
Here, in the arithmetic and control unit 25, at the detected temperature T of the anode electrode and the cathode electrode, (3)
The optimum water vapor partial pressure P H2O (optimum) that satisfies the equation is calculated from the equations (1) and (2). Further, the arithmetic and control unit and 25 detect the detected water vapor partial pressure P H2O of the anode electrode and the cathode electrode and the optimum water vapor partial pressure P H2O (optimum
), The anode inert gas supply control valve 21, the anode steam supply control valve 41, the cathode inert gas supply control valve 23, and the cathode steam supply control valve 43.
Give a command to. The above operation is performed not only during the start / stop operation of the fuel cell power plant, but also during the heat insulation state (about 50 ° C.) of the fuel cell main body 1 during the stop of the fuel cell power plant.

【0023】以上のように構成された本実施例において
は、起動停止操作時の燃料電池本体が昇温降温状態にあ
るとき、または、停止中の保温状態にあるとき、アノー
ド電極2及びカソード電極3の温度及び水蒸気分圧を検
出手段24,26にて測定し、その検出結果の出力を受
けた演算制御装置25は、燃料電池本体中のリン酸体積
を算出し、その値が所定値と異なる場合には、不活性ガ
ス供給調節弁21または水蒸気供給調節弁41に指令を
与えることで、アノード電極及びカソード電極を、それ
らの温度に対応する所定の水蒸気分圧に制御することが
できる。その結果、起動停止操作中または停止中の燃料
電池本体のリン酸体積を連続的に所定値、例えば発電運
転中のリン酸体積値に管理することができるので、従来
生じていた起動停止操作中のリン酸体積変化に伴うリン
酸の電池外への漏洩を回避し、それによるシール機能の
不良、電解質減少に伴うイオン伝導性の低下を防止し
て、燃料電池の長寿命化を図ることができる。更には、
リン酸体積変化に起因するリン酸移動で生じるフラッデ
ィング現象を抑制して、燃料電池特性の長寿命化も図る
ことができる。
In the present embodiment having the above-described structure, the anode electrode 2 and the cathode electrode are provided when the fuel cell main body is in the temperature rising / falling state at the time of the start / stop operation or in the heat retaining state during the stop. The temperature and water vapor partial pressure of No. 3 are measured by the detection means 24 and 26, and the arithmetic and control unit 25 which receives the output of the detection result calculates the phosphoric acid volume in the fuel cell main body, and the value is a predetermined value. If they are different, by giving a command to the inert gas supply control valve 21 or the steam supply control valve 41, the anode electrode and the cathode electrode can be controlled to have a predetermined steam partial pressure corresponding to their temperatures. As a result, the phosphoric acid volume of the fuel cell main body during the start-stop operation or during the stop can be continuously controlled to a predetermined value, for example, the phosphoric acid volume value during the power generation operation. It is possible to prevent the leakage of phosphoric acid to the outside of the cell due to a change in the phosphoric acid volume, prevent the sealing function from failing, and prevent the ion conductivity from decreasing due to a decrease in the electrolyte, thereby extending the life of the fuel cell. it can. Furthermore,
It is possible to suppress the flooding phenomenon caused by the phosphoric acid transfer caused by the change in the phosphoric acid volume, and to extend the life of the fuel cell characteristics.

【0024】(3)他の実施例 本発明は前記実施例に限定されるものではなく、アノー
ド電極またはカソード電極のいずれか一方にのみ水蒸気
分圧の制御手段を設けても、従来技術に比較してより優
れた効果を発揮することができる。また、不活性ガス供
給調節弁または水蒸気供給調節弁のいずれか一方のみを
利用して水蒸気分圧を調整することも可能である。更
に、検出した温度や水蒸気分圧に基づいて不活性ガス供
給調節弁または水蒸気供給調節弁を制御するための手段
も、必ずしも演算装置による必要はなく、検出値に応じ
て作動する単なる電磁バルブなどを利用しても良い。
(3) Other Embodiments The present invention is not limited to the above embodiments, and even if a means for controlling the partial pressure of water vapor is provided only on either the anode electrode or the cathode electrode, the present invention is compared with the prior art. It is possible to exert a superior effect. It is also possible to adjust the water vapor partial pressure using only one of the inert gas supply control valve and the steam supply control valve. Further, the means for controlling the inert gas supply control valve or the steam supply control valve based on the detected temperature or water vapor partial pressure does not necessarily need to be a computing device, and is simply a solenoid valve that operates according to the detected value. May be used.

【0025】[0025]

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、起動停止
操作中も燃料電池本体中のリン酸体積を所定値、例えば
発電運転中のリン酸体積値に制御できるので、リン酸体
積変化に伴う電池外へのリン酸漏洩を回避し、それによ
るシール機能の不良、電解質減少に伴うイオン伝導性の
低下を防止して、燃料電池の長寿命化を図ることができ
る。更には、リン酸体積変化に起因するリン酸移動で生
じるフラッディング現象も抑制して、燃料電池特性の長
寿命化を図ることができる。
As described above, according to the present invention, the volume of phosphoric acid in the fuel cell body can be controlled to a predetermined value, for example, the volume of phosphoric acid during power generation operation even during the start-stop operation, so that the volume of phosphoric acid changes. It is possible to prevent the leakage of phosphoric acid to the outside of the cell due to the above, prevent the deterioration of the sealing function due to it, and prevent the deterioration of the ionic conductivity due to the decrease of the electrolyte, thereby prolonging the life of the fuel cell. Further, it is possible to suppress the flooding phenomenon caused by the phosphoric acid transfer caused by the change in the phosphoric acid volume, and to extend the life of the fuel cell characteristics.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のリン酸型燃料電池発電プラントの一実
施例を示すブロック図。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a phosphoric acid fuel cell power generation plant of the present invention.

【図2】従来のリン酸型燃料電池発電プラントの一例を
示すブロック図。
FIG. 2 is a block diagram showing an example of a conventional phosphoric acid fuel cell power generation plant.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…燃料電池本体 2…アノード電極 3…カソード電極 20…アノード不活性ガス供給ライン 21…アノード不活性ガス供給調節弁 22…カソード不活性ガス供給ライン 23…カソード不活性ガス供給調節弁 24,26…温度・水蒸気分圧検出手段 25…演算制御装置 40…アノード水蒸気供給ライン 41…アノード水蒸気供給調節弁 42…カソード水蒸気供給ライン 43…カソード水蒸気供給調節弁 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell main body 2 ... Anode electrode 3 ... Cathode electrode 20 ... Anode inert gas supply line 21 ... Anode inert gas supply control valve 22 ... Cathode inert gas supply line 23 ... Cathode inert gas supply control valve 24, 26 Temperature / steam partial pressure detecting means 25 Computational control device 40 Anode steam supply line 41 Anode steam supply control valve 42 Cathode steam supply line 43 Cathode steam supply control valve

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 燃料及び酸化剤をそれぞれアノード電極
及びカソード電極に導き、前記アノード電極の出口ライ
ン及びカソード電極の出口ラインから、それぞれ前記ア
ノード電極の入口ライン及び前記カソード電極の入口ラ
インに循環するアノードリサイクルライン及びカソード
リサイクルラインを有するリン酸型燃料電池発電プラン
トにおいて、 前記アノードリサイクルライン及びカソードリサイクル
ラインの少なくとも一方には不活性ガス供給ラインが接
続され、 この不活性ガス供給ラインが接続されているリサイクル
ラインを有するアノード電極またはカソード電極には、
その温度と水蒸気分圧を測定する検出手段が設けられ、 前記不活性ガス供給ラインには、前記検出手段の測定結
果に基づいて、アノード電極またはカソード電極の水蒸
気分圧を所定値に制御するガス供給調節弁が設けられて
いることを特徴とするリン酸型燃料電池発電プラント。
1. A fuel and an oxidant are introduced to an anode electrode and a cathode electrode, respectively, and are circulated from an outlet line of the anode electrode and an outlet line of the cathode electrode to an inlet line of the anode electrode and an inlet line of the cathode electrode, respectively. In a phosphoric acid fuel cell power plant having an anode recycle line and a cathode recycle line, an inert gas supply line is connected to at least one of the anode recycle line and the cathode recycle line, and the inert gas supply line is connected. The anode electrode or cathode electrode having a recycling line
A detection means for measuring the temperature and the water vapor partial pressure is provided, and the inert gas supply line is a gas for controlling the water vapor partial pressure of the anode electrode or the cathode electrode to a predetermined value based on the measurement result of the detection means. A phosphoric acid fuel cell power plant comprising a supply control valve.
【請求項2】 燃料及び酸化剤をそれぞれアノード電極
及びカソード電極に導き、前記アノード電極の出口ライ
ン及び前記カソード電極の入口ラインに循環するアノー
ドリサイクルライン及びカソードリサイクルラインを有
するリン酸型燃料電池発電プラントにおいて、 前記アノードリサイクルライン及びカソードリサイクル
ラインの少なくとも一方に水蒸気供給ラインが接続さ
れ、 この水蒸気供給ラインが接続されているリサイクルライ
ンを有するアノード電極またはカソード電極には、その
温度と水蒸気分圧を測定する検出手段が設けられ、 前記水蒸気供給ラインには、前記検出手段の測定結果に
基づいて水蒸気分圧を所定値に制御する水蒸気供給調節
弁が設けられていることを特徴とするリン酸型燃料電池
発電プラント。
2. A phosphoric acid fuel cell power generation system having a fuel recycling line and a cathode recycling line for introducing a fuel and an oxidant to an anode electrode and a cathode electrode, respectively, and circulating the fuel gas and the oxidant to the outlet line of the anode electrode and the inlet line of the cathode electrode. In the plant, a steam supply line is connected to at least one of the anode recycle line and the cathode recycle line, and the temperature and the steam partial pressure are applied to the anode electrode or the cathode electrode having the recycle line to which the steam supply line is connected. A detection unit for measuring is provided, and the steam supply line is provided with a steam supply control valve for controlling the partial pressure of steam to a predetermined value based on the measurement result of the detection unit. Fuel cell power plant.
JP43A 1992-12-15 1992-12-15 Phosphoric acid type fuel battery power generation plant Pending JPH06188017A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP43A JPH06188017A (en) 1992-12-15 1992-12-15 Phosphoric acid type fuel battery power generation plant

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP43A JPH06188017A (en) 1992-12-15 1992-12-15 Phosphoric acid type fuel battery power generation plant

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH06188017A true JPH06188017A (en) 1994-07-08

Family

ID=18279716

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP43A Pending JPH06188017A (en) 1992-12-15 1992-12-15 Phosphoric acid type fuel battery power generation plant

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH06188017A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007328989A (en) * 2006-06-07 2007-12-20 Hitachi Ltd Solid oxide fuel cell system and its starting method
JP2009238392A (en) * 2008-03-25 2009-10-15 Equos Research Co Ltd Fuel cell system

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007328989A (en) * 2006-06-07 2007-12-20 Hitachi Ltd Solid oxide fuel cell system and its starting method
JP2009238392A (en) * 2008-03-25 2009-10-15 Equos Research Co Ltd Fuel cell system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6569549B1 (en) Method for increasing the operational efficiency of a fuel cell power plant
JP5325929B2 (en) Method for improving the cold start capability of an electrochemical fuel cell
US7045233B2 (en) Method and apparatus for electrochemical compression and expansion of hydrogen in a fuel cell system
US7141323B2 (en) Method and apparatus for electrochemical compression and expansion of hydrogen in a fuel cell system
US20110207010A1 (en) Relative Humidity Control For A Fuel Cell
JP2924009B2 (en) How to stop fuel cell power generation
US7132182B2 (en) Method and apparatus for electrochemical compression and expansion of hydrogen in a fuel cell system
JP2006310109A (en) Fuel cell power generating system
JPH0696782A (en) Internal reforming type fuel cell device and its operating method
CN101682065B (en) Fuel cell system and method of operating the same
US20110269035A1 (en) Fuel cell system and operating method thereof
JPH0696789A (en) Solid polymer electrolytic fuel cell system
JP3895899B2 (en) Solid polymer fuel cell power generator and solid polymer fuel cell operating method
JPH06188017A (en) Phosphoric acid type fuel battery power generation plant
CN101542811B (en) Fuel battery system and its operating method
JP2012059586A (en) Fuel cell system and method of measuring content of radical scavenging promoter in fuel cell
JPH0837014A (en) Phosphoric acid type fuel cell power plant and method of maintaining the same
JP3575650B2 (en) Molten carbonate fuel cell
JP2002231283A (en) Solid polymer electrolyte fuel cell generating device and its operating method
JP2012015120A (en) Fuel cell system
JPS6338533Y2 (en)
JP4109724B2 (en) Fuel cell power generator
JPH0622153B2 (en) How to operate a fuel cell
JPH04115467A (en) Phosphate type fuel cell generating plant
JPH06251787A (en) Phosphoric acid type fuel cell power generation plant